『compiler-5』runtime memory

运行时存储管理

一、静态存储分配

• 静态分配概念：在编译阶段由编译程序实现对存储空间的管理，为源程序中的变量分配存储
  注意：静态分配要求能够确定变量在运行时的数据空间大小，且运行时不变

• 分配策略：无可变长的串or数组，且不允许递归调用

  1. 开辟数据区，其首地址在加载时确定
  2. 按编译顺序给每个模块分配存储空间
  3. 在模块内部按顺序给模块的变量分配存储（使用相对地址）
  4. 目标地址填入变量的符号表中

• FORTRAN 子程序的数据区：一个子模块主要包括隐式参数区、形式参数区、局部变量和临时参数区

  • 隐式参数区：存放调用返回地址 or 不便从寄存器返回的函数返回值
  • 形式参数区：存放实参的地址或值
  • 局部变量和临时变量区：记录临时变量的存储空间

  注意：该情况下程序运行栈是由各子模块组成的，运行栈是自顶向下生长的

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二、动态存储分配

• 动态分配概念：在目标程序运行阶段由目标程序实现对存储空间的管理，为源程序中的变量分配存储
  注意：动态存储分配中，要求编译程序能够生成有关存储分配的目标代码

• 分配策略：数据区为一个栈

  1. 进入一个过程：在栈顶为其开辟一个数据区
  2. 退出一个过程：撤销栈顶的过程数据区

• 活动记录：创建于运行栈上的专有数据区，包括 局部数据区、参数区、display 区

  • 局部数据区：存放本模块定义的各局部变量

  • 参数区：存放隐式参数和显式参数

    • 显式参数区：存放模块调用的各个实参值 or 实参地址
    • 隐式参数区：
      • prevabp：指向caller模块的基地址
      • ret addr(n)：本模块返回到模块n
      • ret value：函数的返回值

  • display区：存放本模块的各外层模块AR的基地址abp(1 ~ i-1)

    • 变量的二维编址：(BL, ON)，其中 BL 指嵌套深度、ON 指变量在本层的变量顺序号（\(\ge 0\)）

      内层模块可以引用外层模块的变量

    • 构造AR的display区：假设从某第 i 层模块进入某第 j 层模块，若要创建第 j 层的display区：

      • 若 j = i + 1（即 i call j 或 i begin-j-end），则有：

        j比i恰深一层

      • 若 j \(\le\) i，即从 i 跳到某个外层or同层的模块 j，则有：

        j外层的所有AR基址（1 ~ j-1）赋给i的display区

  • 运行时的变量地址计算：设要在 LEV 层访问的变量为 (BL, ON)，且当前模块基址为 abp

    • 若 BL = LEV ：ADDR = abp + (BL - 1) + nip + ON

      同层地址计算

    • 若 BL < LEV ：ADDR = display[BL] + (BL - 1) + nip + ON

      

    • 若 BL \(\ge\) LEV ：说明要访问内层模块的变量，不合法

      注意：(BL - 1)+nip 表示要向上跨过 display区和隐式参数区，才能到达显式参数区和局部数据
      一个AR的结构如图所示：多个AR组成了运行栈（栈的方向在图中是向上增长的）